全 文 ：第 40卷 第 1期 海 洋 与 湖 沼 Vol.40, No.1
2 0 0 9 年 1 月 OCEANOLOGIA ET LIMNOLOGIA SINICA Jan., 2009

* 国家高技术研究发展计划(863计划)项目资助, 2006AA10A413号; 国家自然科学基金资助项目, 30571443号; 上海市优秀
学科带头人项目, 07XD14028号; 上海市自然科学基金资助项目, 05RZ14110号; 上海市教委重点学科建设项目, J50701号。通讯
作者: 严兴洪, 博士, 教授, 博士生导师, E-mail：xhyan@shou.edu.cn
1) 许 璞, 1997. 紫菜色素突变体诱导与遗传特征. 中国科学院海洋研究所博士学位论文, 14—81
2) Yan X H, 1997. Induction, isolation and characterization of pigmentation mutants in Porphyra yezoensis Ueda (Bangiales,
Rhodophyta). Ph.D thesis. Tokyo University of Fisheries, Tokyo, Japan, 1—101
收稿日期: 2007-10-29, 收修改稿日期: 2007-12-16
60Co-γ射线对条斑紫菜(Porphyra yezoensis)的诱变
效果与色素突变体分离*
严兴洪 张淑娟 黄林彬
(上海海洋大学 水产与生命学院 上海 201306)
提要 用 60Co-γ射线辐照处理野生型条斑紫菜的壳孢子萌发体以获得色素变异细胞, 随后用酶解
法获得单离的变异细胞进行个体再生培养, 从中分离出不同的条斑紫菜色素突变体。结果表明, 叶状
体经剂量分别为 100、300、500、700 和 900Gy 的γ射线辐照后再培养 1 周, 均出现了多种色素变异
细胞, 随后, 它们逐渐分裂成为变异细胞块。在 0—500Gy辐照剂量范围内, 色素变异细胞块的百分
率随着辐照剂量的增加而增加, 但增至 700Gy 时, 变异细胞块的百分率反而下降, 说明 500Gy 是最
合适的剂量。从单离变异细胞的再生叶状体中分离出桔红、紫红、桔黄和墨绿等颜色的单色变异体,
并获得了它们的丝状体纯系。各变异品系的 F1 叶状体均为单色, 其颜色与各自的母本叶状体相同,
表明它们是稳定突变体。各色素突变品系的叶状体活体吸收光谱不仅与野生型品系有明显的差异,
而且各突变品系之间也存在较大的差异。
关键词 条斑紫菜, 叶状体, 60Co-γ射线, 色素突变体, 活体吸收光谱
中图分类号 Q789
条斑紫菜(Porphyra yezoensis Ueda)是中国、日
本、韩国的主要栽培品种(马家海等, 1996), 在我国,
条斑紫菜的年产量占全国紫菜年产量的 25%左右。在
条斑紫菜的生活史中有微型的丝状体和大型的叶状
体两个阶段, 叶状体为雌雄同体, 被大规模养殖, 供
食用。条斑紫菜的叶状体含三种主要的光合色素, 即
叶绿素 a、藻红蛋白和藻蓝蛋白, 它们的含量和相互
之比决定了叶状体的色彩和商品紫菜饼的质量好坏
(Saitou et al, 1975; Aruga, 1980; Aruga et al, 1984)。所
以, 紫菜色素突变体不仅对紫菜的遗传学、生理学、
生物技术等基础研究很重要 , 而且对优良品种的培
育均有重要意义。
20 世纪 70 年代, 日本紫菜学者首次获得了条斑
紫菜的天然色素突变体 , 并对它们进行了一系列的
遗传和生理学研究(Miura, 1978)。另外, 他们还通过
不同色素突变体之间的杂交 , 获得了有栽培价值的
新品种(Miura et al, 1989)。随后, 各国紫菜研究者相
继利用人工诱变进行了紫菜人工色素突变体的分离
(Katayama, 1983; Yan et al, 1992), 其中利用化学诱变
剂如二硝基胍(MNNG)、秋水仙碱等, 分别获得了条
斑紫菜的多种人工色素突变体和其它突变体(许璞 ,
19971); Yan, 19972); Yan et al, 1997, 2000, 2004; Wang
et al, 2000; 王金峰等, 2007)。另外, 物理诱变如紫外
线(戴继勋等, 1990; 严兴洪, 1992)和γ-射线(匡梅等,
1997; Wang et al, 2000; 严兴洪等, 2003; 纪德华等,
2005)辐照处理, 也可以使紫菜的细胞产生变异, 在
坛紫菜中利用γ-射线诱变已分离出多种人工色素突
1期 严兴洪等: 60Co-γ射线对条斑紫菜(Porphyra yezoensis)的诱变效果与色素突变体分离 57
变体(严兴洪等, 2005; 李琳等, 2006), 但关于利用γ-
射线辐照处理获得条斑紫菜色素突变体的成功报道
还较少。本文旨在利用γ-射线辐照处理条斑紫菜, 以
获得具有不同遗传变异的人工色素突变体 , 用于今
后的遗传和育种等研究。
1 材料与方法
1.1 实验材料
本实验中所用野生型条斑紫菜(Porphyra yezoen-
sis Ueda), 株名为 U-511。该株采自条斑紫菜的养殖
群体, 以自由丝状体的方式保存在室内 20 多年, 保
存和培养方法同Kato等(1984), 培养液用自然海水加
MES培养基配成(王素娟等, 1986)。
1.2 条斑紫菜叶状体的培养
取适量的自由丝状体进行充气培养以促进壳孢
子囊成熟和壳孢子放散, 同时, 在瓶内放入 4—6 根
尼龙单丝(长 3—4cm)供壳孢子附着, 培养条件：温度
(18±1)℃, 光照密度 30—50 μmol/(m2·s), 明暗周期
10L : 14D。当壳孢子苗附着在尼龙线上后, 将已附苗
的尼龙线转移到 500ml的充气瓶内充气培养, 将光照
密度增至 90 μmol/(m2·s), 其它条件同 Yan等(1997)。
1.3 叶状体的诱变处理及突变体分离
选择日龄约 60d的壳孢子萌发体(长约 5cm)用于
人工诱变处理, 诱变源为 60Co, 辐照剂量分别为 100、
300、500、700 和 900Gy。辐照后培养 4 周, 每组随
机取 3棵叶状体进行色素变异细胞块的统计, 从叶状
体的梢部到基部每隔 2cm 检查 20 个视野(×20)内的
色素变异细胞块数。辐照处理后再培养 4周左右, 选
色素变异细胞多的叶状体进行酶解以获得单离细胞,
进行个体再生培养, 培养方法同于 Yan 等(1997)。培
养 4周后, 从细胞再生体中挑出单色的变异体进行单
株培养。当变异体达到 1cm 左右时 , 再将其移至
500ml的培养瓶内进行充气培养, 培养温度为(18±1)℃,
光照密度为 90 μmol/(m2·s)。数周后, 叶状体被转移
至 1000ml 培养瓶中培养, 培养条件同上, 直至叶状
体成熟。从成熟叶状体获得的果孢子, 被培养成自由
丝状体(品系)予以保存。
1.4 色素突变体的活体吸收光谱测定
活体吸收光谱测定的测定方法同 Yan等(1997)。
2 结果
2.1 诱变和色素变异
不同剂量的γ-射线照射, 均导致了条斑紫菜叶状
体的部分细胞死亡。照射后再培养 1周, 细胞颜色变
淡, 但随着培养时间的延长, 一部分颜色变淡的细胞
又慢慢地恢复正常颜色, 开始细胞分裂, 但部分细胞
一直保持很淡的颜色, 不死也不分裂; 还有一部分细
胞则发白死去。在 0—500Gy 范围内, 细胞成活率高
达 90%以上, 当辐照剂量进一步增至 700Gy, 细胞成
活率降到了 62.8%, 到 900Gy 时, 细胞成活率下降至
46.9%。辐射过的叶状体再培养 1 周左右, 其颜色比
未辐照过的叶状体更深 , 并出现了少数色彩发生明
显变异的细胞。随着培养时间的延长, 变异细胞逐渐
分裂形成不同颜色的色素变异细胞块 , 色素变异细
胞块与野生型细胞有较清晰的界限 , 在显微镜下很
容易识别。如表 1所示, 变异细胞块的主要颜色有桔
红、桔黄、紫红、红紫、黄绿、墨绿等。桔红色变异
细胞块出现频率最高, 其次是桔黄色细胞块, 浅灰色
细胞块较低, 绿色细胞块最低。辐射组的叶状体上均
出现了色素变异细胞块 , 而对照组叶状体上未出现
色素变异细胞块 , 这说明色素变异细胞块是由于
60Co-γ射线辐射诱导引起的。如表 1 所示, 在 0—

表 1 经γ-射线辐照过的条斑紫菜叶状体培养 28 天后出现的色素变异细胞块
Tab.1 Color-mutated cell-clusters appeared in the blades of P. yezoensis irradiated by γ-ray and cultured for 28 days
剂量组 色素变异细胞块的种类和数目/视野(×20倍) 合计
(Gy) 桔红 浅红 桔黄 浅黄 红紫 紫红 橄榄 绿色 黄绿 灰褐 浅灰 (块)
0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
100 1.6 0.7 1.0 0.3 0.2 0.2 1.0 0.0 0.7 0.4 0.7 6.8
300 3.1 2.1 2.9 1.0 0.4 2.0 1.2 0.1 1.6 0.6 1.0 16
500 7.1 3.0 6.7 4.1 1.3 5.4 3.7 0.3 4.7 1.0 1.5 38.8
700 6.6 1.7 5.9 3.3 0.9 4.8 1.7 0.2 2.9 0.7 0.9 29.4
900 5.4 1.2 4.9 3.1 0.8 3.9 1.2 0.1 2.0 0.3 0.8 23.7
合计(块) 23.8 8.67 21.4 11.8 3.6 16.3 8.8 0.7 11.9 3.0 4.9

58 海 洋 与 湖 沼 40卷
500Gy 范围内, 色素变异细胞块出现的频率, 随着诱
变剂量的增加而增加, 而诱变剂量超过了 500Gy 后,
则随着诱变剂量的增加, 变异细胞块数量反而减少。
在同一棵叶状体上, 不同部位的细胞诱变效果不同,
0—500Gy 范围内, 在叶片的基部、中部到梢部等三
个部位 , 色素变异细胞块出现的频率均随着辐照剂
量的增加而增加, 尤其在细胞分裂旺盛的梢部, 其增
加更加明显, 但超过 500Gy后, 各部位的色素变异细
胞块数量均随着诱变剂量的增加反而减少。
2.2 色素突变体的分离
把含色素变异细胞的叶状体利用酶解法获得大
量的单离细胞, 后者经过 2—3 个月的培养, 再生成
不同颜色的色素变异体, 其种类有桔红、桔黄、紫红、
黄绿、深绿等, 变异体的颜色种类基本上与母体叶状
体上观察到的色素变异细胞种类一致。所获得的色素
变异体绝大部分是单色 , 少部分为多种颜色镶嵌的
嵌合体。单色色素变异体的颜色相当稳定, 当把它们
再次酶解, 分离出单个体细胞进行再生培养, 其再生
体的颜色仍然是单色并与母体的颜色相同。获得的 5
种色素突变体如图 1所示。参照色名字典(Wada, 1954),
将它们分别命名为 row(深红色)、cop(紫红色)、fre(浅
桔黄色)、yel(青橄榄色)、ggr(绿色), 见表 2。



图 1 经 60Co-γ射线辐照后获得的条斑紫菜色素突变体和野生型叶状体的体细胞再生体
Fig.1 Blades regenerated from somatic cells of wild type (wt) and pigmentation mutants of P. yezoensis obtained after
treatment with irradiation of 60Co-γ ray
a. 野生型叶状体 wt(70d); b. 深桔红色突变体 row(65d); c. 紫红色突变体 cop(65d); d. 浅桔黄色突变体 fre(52d); e. 青橄榄色突变
体 yel(83d); f. 绿色突变体 ggr(83d)
1期 严兴洪等: 60Co-γ射线对条斑紫菜(Porphyra yezoensis)的诱变效果与色素突变体分离 59
表 2 条斑紫菜野生型和 5 种色素突变体的颜色和命名
Tab.2 Colors and names of five pigmentation mutants and wild type of P. yezoensis
中文株系名 Strains Names Colors
野生型 wt Camel Light brown
深红色突变体 row Rose wood Dark red
紫红色突变体 cop Corinthian purple Purplish red
浅桔黄色突变体 fre Fire red Red orange
青橄榄色突变体 yel Oil yellow Olive
绿色突变体 ggr Grass green Yellow green

2.3 色素突变体的 F1叶状体培养与活体吸收光谱测
定
利用条斑紫菜有性生殖 , 从成熟的单色变异体
分离到纯种的自由丝状体 , 它们的颜色与各自的叶
状体相同。各色素变异品系的自由丝状体经过 3—4
个月的培养, 形成大量的膨大藻丝, 最后成熟放出壳
孢子。壳孢子经过 2个月的培养, 长成 F1叶状体。每
个色素变异品系的 F1 叶状体均为单一颜色的纯色叶
状体, 其颜色与各自的最初母体叶状体相同, 说明所
得到的变异体是稳定的色素突变体。
野生型条斑紫菜的叶状体活体吸收光谱在波长
350—750nm 之间存在 5 个明显的吸收高峰, 从短波
到长波依次被标记为 P1、P2、P3、P4和 P5, P1主要由
Chl-a和β-胡萝卜素, P2主要由 PE和β-胡萝卜素, P3
由 PE, P4由 PC, P5由 Chl-a 的吸收所致(有贺佑胜,
1980)。图 2 和图 3 分别表示条斑紫菜野生型和 5 种
色素突变体的活体吸收光谱。5种突变体叶状体的活
体吸收光谱与野生型叶状体一样 , 在波长 350—
750nm 之间, 均有 5 个明显的吸收高峰, 但各吸收峰
的形状和各峰顶所处的波长与 wt 相比存在一定的差
异。突变体 row和 cop的 5个吸收峰均明显高于 wt。
与 wt相比, 突变体 fre的各峰值差不多, 但 P4峰顶向
长波方向移动了约 6nm。突变体 yel 的 P2、P4和 P5
均高于 wt, 而 P3基本与 wt相同。突变体 ggr的 P2、
P3、P4和 P5均明显低于 wt, 并且 P2的峰顶所处波长
向短波方向移动了约 8nm。
3 讨论
3.1 诱变和色素变异
至今, 在紫菜人工色素突变体的研究中, 被使用
过的诱变剂主要是化学诱变剂, 如秋水仙素、EMS、
MNNG 等, 以及物理诱变剂, 如紫外线和γ-射线。在
条斑紫菜人工色素突变体的研究中 , 被证明最有效
的诱变剂是化学诱变剂 MNNG, 利用它分离出来了


图 2 条斑紫菜色素突变体(row, cop, fre)和野生型的叶状
体(wt)(日龄 80d)活体吸收光谱
Fig.2 In vivo absorption spectra of blades of pigmentation mu-
tants (row, cop and fre) and the wild type (wt) ones after 80 days
in culture

大量有用的色素突变体。本实验中使用γ-射线辐照野
生型条斑紫菜叶状体 , 获得了多种类型的色素变异
细胞 , 且变异细胞的种类也很多 , 其诱变效果非常
好。在 500Gy的辐照组, 色素变异细胞的最高百分率
达 7.27%, 而王金峰等(2007)利用MNNG作为诱变剂
所获得的条斑紫菜最大突变率为 11.2%, 暗示γ-射线
的诱变效果与 MNNG 相比可能存在一定的差异。在
0—500Gy 剂量范围内, 细胞成活率很高, 都保持在
90%以上, 但剂量增加到 700Gy 时, 细胞成活率有所
下降, 增至 900Gy 时, 成活率下降更加明显; 在 0—
500Gy范围内, 色素变异细胞块出现的频率随着诱变
剂量的增加而增加, 而诱变剂量超过了 500Gy后, 随
60 海 洋 与 湖 沼 40卷


图 3 条斑紫菜色素突变体(yel, ggr)和野生型的叶状体
(wt)(日龄 80d)活体吸收光谱
Fig.3 In vivo absorption spectra of blades of pigmentation
mutants (yel and ggr) and the wild type (wt) ones after 80
days in culture

着诱变剂量的增加, 变异细胞块数量反而减少, 说明
500Gy 是诱导条斑紫菜叶状体产生色素体变异的最
适剂量。这一结果明显不同于使用 MNNG 诱导条斑
紫菜和坛紫菜叶状体产生色素变异时 , 死亡率达到
50%左右, 才能获得最大的变异率(许璞, 19971); 李
琳等, 2006)。经γ-射线辐照后的条斑紫菜叶状体, 培
养 1周左右, 出现了色素体颜色发生明显变异的细胞;
随着培养天数的增加 , 色素变异细胞逐渐分裂并形
成不同颜色的细胞块 , 单个变异色块内的细胞其大
小和颜色等均相同。因此, 可以认为每一个色素变异
细胞块里的细胞来自同一个初始的色素变异细胞 ,
色素变异细胞块的百分比基本上可代表辐照处理后
产生的色素变异细胞的百分比。
坛紫菜的叶状体经γ-射线辐照后, 出现了一些色
素变异细胞与野生型细胞或其它色素变异细胞呈点
状嵌合排列(严兴洪等, 2005), 在本实验中也观察到
这类呈点状嵌合排列的变异细胞, 但量较少。另外,
在本实验中还发现某些变异细胞发生融合的现象：融
合后的变异细胞体积明显增大, 是正常细胞的 2—3
倍, 同时细胞内的色素体有 2—3 个, 细胞无法分裂,
大约经过 1—2 周的培养, 这类大的变异细胞开始死
亡, 发生这种现象的原因和机制尚不清楚, 有待进一
步研究。在条斑紫菜叶状体的不同部位上, 色素变异
细胞块出现的频率不同, 在梢部出现的频率最高, 中
部次之, 基部最低, 这一结果与用γ-射线辐照处理坛
紫菜后产生的诱变效果很相似, 究其原因, 可能因为
叶状体梢部处于分裂时期的嫩细胞较多 , 老化细胞
较少, 中部的嫩细胞又比基部多, 处于分裂期的嫩细
胞比老化细胞更容易被诱变(严兴洪等, 2005)。
3.2 色素突变体的分离与吸收光谱测定
把含色素变异细胞的条斑紫菜叶状体酶解获得
单离细胞, 后者经过 2—3 个月的体外培养, 再生成
野生型叶状体和多种颜色的色素突变体 , 所获得的
色素突变体绝大部分是单色 , 少部分为点状色彩突
变体。色素突变体的颜色种类基本上与母体叶状体上
观察到的色素变异细胞种类一致 , 这说明获得的色
素突变体来自母体叶状体上的单个变异细胞。在由
MNNG 处理获得的条斑紫菜人工色素突变体中, 也
有色素变异细胞呈点状嵌合排列的色素突变体 , 它
们被认为是不稳定突变体(Yan, 19972))。本文中得到
的少部分条斑紫菜嵌合点状色素突变体是否属于不
稳定的突变体, 有待进一步证明。
在条斑紫菜的自然色素突变体中发现 , 凡是吸
收峰顶所处的波长发生变化的突变体 , 其对应的藻
胆蛋白性质发生了变化(Aruga et al, 1984)。本文中获
得的 5 种色素突变体不仅在色彩上很不相同, 而且,
它们的叶状体活体吸收光谱也大不相同 , 各突变体
除了在吸收峰的高低存在明显差异外 , 有的峰顶所
处的波长也发生了较大的差异 , 它们的藻胆蛋白性
质是否发生了变化, 还有待进一步研究。
参 考 文 献
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INDUCTION AND ISOLATION OF PIGMENTATION MUTANTS OF PORPHYRA
YEZOENSIS UEDA (BANGIALES, RHODOPHYTA) BY 60Co-γ RAY IRRADIATION
YAN Xing-Hong, ZHANG Shu-Juan, HUANG Lin-Bin
(College of Fisheries and Life Science, Shanghai Ocean University, Shanghai, 201306)
Abstract To obtain pigmentation mutants of Porphyra yezoensis Ueda, single somatic cells were isolated enzymati-
cally from the 60Co-γ-ray-irradiated conchosporlings of the wild-type strain and were cultured to regenerate into whole
blades. After irradiated at 100, 300, 500, 700, and 900Gy and cultured for 1 week, the color-mutated cells in different col-
ors appeared in the irradiated blades. These cells formed cell-clusters in the next three weeks of culture. As irradiation
dosage increased from 0 to 500Gy, the frequency of the color-mutated cell-clusters increased; however, beyond 700Gy, the
frequency decreased. Therefore, 500Gy is the optimal dosage for inducing mutations. The frequency of the color-mutated
cell-clusters varied in different parts of blade, increased from the base to the tip of the blade. Many mutant blades in dif-
ferent colors appeared in the regenerated blades from the single cells. Five pigmentation mutants (red orange, purplish red,
yellow orange, olive, and green color) were isolated and their free-living conchocelis were established by sexual reproduc-
tion. The F1 gametophytic blades of each mutant strains showed only one color that the same to its mother blade, indicating
they have become relatively stable pigmentation mutants. Each mutant strain featured own characteristics in absorption
spectra of in vivo blades, different from each other and from wild type’s.
Key words Porphyra yezoensis, Gametophytic blade, 60Co- γ ray, Pigmentation mutant, In vivo absorption spectra